Оксид бериллия
| Оксид бериллия | |
|---|---|
 | |
| Общие | |
| Систематическое наименование |
Оксид бериллия |
| Хим. формула | BeO |
| Рац. формула | BeO |
| Физические свойства | |
| Состояние | твёрдое |
| Молярная масса | 25,01158 г/моль |
| Плотность | 3,01 г/см³ |
| Термические свойства | |
| Температура | |
| • плавления | 2530 °C |
| • кипения | 4120 °C |
| Мол. теплоёмк. | 25,5 Дж/(моль·К) |
| Теплопроводность | при 100°С 209,3[1] Вт/(м·K) |
| Энтальпия | |
| • образования | 589,2 кДж/моль |
| Давление пара | при 2000°С 0,003 атм |
| Химические свойства | |
| Растворимость | |
| • в воде | 0,00005 г/100 мл |
| Оптические свойства | |
| Показатель преломления | 1,719 |
| Структура | |
| Кристаллическая структура | гексагональная |
| Безопасность | |
| Токсичность | высокотоксичен, канцерогенен, ирритант |
| Пиктограммы ECB |
   |
| NFPA 704 | |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
Окси́д бери́ллия — бинарное химическое соединение бериллия и кислорода с химической формулой BeO, амфотерный оксид.
В зависимости от способа получения, при стандартных условиях, оксид бериллия представляет собой белое кристаллическое или аморфное вещество без вкуса и запаха, очень малорастворимое в воде.
Растворяется в концентрированных минеральных кислотах и щелочах, хорошо растворим в щелочных расплавах[2][3].
Как и все соединения бериллия, очень ядовит.
Оксид бериллия является одним из 2 (так же существует оксид бериллия 1), бинарным соединением бериллия с кислородом, хотя в паровой фазе над ВеО при температуре около 2000 °С было отмечено присутствие полимеров типа (ВеО)3 и (ВеО)4[2]. Имеет кристаллическую структуру типа вюрцита.
Нахождение в природе
В природе оксид бериллия встречается в виде минерала бромеллита[3].
Получение и свойства
Оксид бериллия получают термическим разложением гидроксида бериллия и некоторых его солей (например, нитрата, основного ацетата, карбоната и др.) при температуре от 500 до 1000 °С. Полученный таким образом оксид представляет собой белый аморфный порошок. В виде крупных кристаллов оксид бериллия может быть получен нагреванием до высокой температуры (плавлением) аморфной формы или, например, при кристаллизации из расплавленных карбонатов щелочных металлов[2].
Упругость пара ВеО незначительна, поэтому в отсутствие паров воды это наименее летучий из всех тугоплавких оксидов. Примесь таких оксидов, как MgO, CaO, Al2O3, SiO2, ещё больше понижает летучесть ВеО из-за химического взаимодействия между ними. В присутствии паров воды при 1000—1800 °С летучесть оксида бериллия сильно возрастает в связи с образованием газообразного гидроксида бериллия[2].
Оксид бериллия в компактном состоянии обладает очень высокой теплопроводностью. При 100° С она составляет 209,3 Вт·м−1·К−1, что больше, чем теплопроводность любых неметаллов (кроме алмаза и карбида кремния) и большинства металлов (кроме меди, серебра, золота, алюминия и ряда их сплавов)[4][5]. При понижении температуры теплопроводность оксида бериллия сначала растёт (370 Вт·м−1·К−1 при 300 К), достигая максимума (13 501 Вт·м−1·К−1) при 40 К, затем понижается (47 Вт·м−1·К−1 при 4 К)[5].
Химические свойства
Реакционная способность оксида бериллия зависит от способа его получения и от степени прокаливания. Повышение температуры при прокаливании ведет к увеличению размера зерен (то есть к уменьшению удельной поверхности), а, следовательно, и к уменьшению химической активности соединения.[2]
Прокаленный при температуре не выше 500 °С, оксид бериллия растворяется в водных растворах кислот и щелочей (даже разбавленных), образуя соответствующие соли и гидроксобериллаты. Например:
- [math]\ce{ BeO + 2NaOH + H2O ->Na2[Be(OH)4], }[/math]
- [math]\ce{ BeO + 2HCl -> BeCl2 + H2O }[/math].
Оксид бериллия, прокалённый при температуре от 1200 до 1300 °С, растворим в концентрированных растворах кислот. Например, прокаленный таким образом ВеО реагирует с горячей концентрированной серной кислотой:
- [math]\ce{ BeO + H2SO4 -> BeSO4 + H2O }[/math].
Прокаливание оксида бериллия при температурах выше 1800 °С приводит к практически полной утрате им реакционной способности. После такого прокаливания ВеО растворяется только в концентрированной плавиковой кислоте с образованием фторида и в расплавленных щелочах, карбонатах и пиросульфатах щелочных металлов с образованием бериллатов[2][3]:
- [math]\ce{ BeO + 2HF -> BeF2 + H2O, }[/math]
- [math]\ce{ BeO + 2NaOH -> Na2BeO2 + H2O, }[/math]
- [math]\ce{ BeO + Na2CO3 -> Na2BeO2 + CO2 }[/math].
При температуре выше 1000 °С оксид бериллия реагирует с хлором, при этом в присутствии угля реакция идет легче и при гораздо меньших температурах (600—800 °С)[2]:
- [math]\ce{ 2BeO + 2Cl2 -> 2BeCl2 + O2, }[/math]
- [math]\ce{ BeO + Cl2 + C -> BeCl2 + CO }[/math].
При температуре выше 1000 °С оксид бериллия вступает в обратимую реакцию гидрохлорирования (понижение температуры системы вызывает обратный процесс разложения образовавшегося хлорида бериллия)[2]:
- [math]\ce{ BeO + 2HCl <-> BeCl2 + H2O }[/math].
При нагревании оксид бериллия способен реагировать со многими хлорсодержащими соединениями. В частности, уже при 500 °С начинается реакция с фосгеном[2]:
- [math]\ce{ BeO + COCl2 -> BeCl2 + CO2 }[/math].
Хлорирование тетрахлорметаном протекает при температуре 450—700 °С[2]:
- [math]\ce{ 2BeO + CCl4 -> 2BeCl2 + CO2 }[/math].
Гораздо труднее оксид бериллия взаимодействует с бромом, сведений же о взаимодействии ВеО с иодом нет.
Оксид бериллия реагирует далеко не всеми обычно применяемыми восстановителями. В частности, для восстановления бериллия до металла из оксида применимы лишь кальций, магний, титан и уголь (при высокой температуре). Кальций и магний могут быть использованы в качестве восстановителя при температуре ниже 1700 °С и атмосферном давлении, титан применим при давлении ниже 0,001 мм рт. ст. и 1400 °С[2]:
- [math]\ce{ BeO + Ca -> Be + CaO, }[/math]
- [math]\ce{ 4BeO + Ti -> 2Be + TiO2 }[/math].
В обоих случаях бериллий получается загрязненным восстанавливающим металлом и продуктами реакции, так как технически очень трудно разделить продукты реакции.
Использование угля более предпочтительно, но реакция с ним идет лишь при температурах выше 2000 °С:
- [math]\ce{ BeO + C -> Be + CO }[/math].
Оксид бериллия при температурах ниже 800 °С устойчив по отношению к расплавленным щелочным металлам (литию, натрию и калию) и почти совсем не реагирует с церием, платиной, молибденом, торием и железом; только при 1800 °C взаимодействует с никелем, кремнием, титаном и цирконием[2][6].
Применение
Сочетание высокой теплопроводности и небольшого коэффициента термического расширения позволяет использовать оксид бериллия в качестве термостойкого материала, обладающего значительной химической инертностью.
Керамика из оксида бериллия применяется в качестве диэлектрических теплопроводных подложек полупроводниковых кристаллов при производстве мощных полупроводниковых приборов.
Токсичность
Пыль оксида бериллия очень ядовита и канцерогенна, по классификации NFPA 704 ему присвоена высшая токсичность[7]. В компактном состоянии в виде керамики безопасен, если не подвергается механической обработке с образованием пыли[8].
Примечания
- ↑ Бериллий. Дата обращения: 8 июля 2012. Архивировано 13 марта 2014 года.
- ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 Химия и технология редких и рассеянных элементов: Учеб. пособие для вузов: Ч. I / Под ред. К. А. Большакова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1976. — С. 176.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. — Л.: Химия, 1977. — С. 56.
- ↑ Бериллий. Соединения бериллия. Оксид бериллия. Дата обращения: 8 июля 2012. Архивировано 13 марта 2014 года.
- ↑ 5,0 5,1 Инюшкин А. В. Теплопроводность / В кн.: Физические величины: Справочник. — М.: Энергоатомиздат. — 1991. — С. 337—363.
- ↑ Egon Wiberg, Arnold Frederick Holleman Inorganic Chemistry. — Elsevier, 2001. — ISBN 0-12-352651-5
- ↑ Hazardous Substance Fact Sheet. New Jersey Department of Health and Senior Services. Дата обращения: 17 августа 2018. Архивировано 31 января 2022 года.
- ↑ Beryllium Oxide Safety. American Beryllia. Дата обращения: 29 марта 2018. Архивировано 6 марта 2018 года.
